什么叫纯净半导体。P型半导体和N型半导体？

半导体：电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质称为半导体： 半导体室温时电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm之间（上限按谢嘉奎《电子线路》取值，还有取其1/10或10倍的；因上角标暂不可用，暂用当前方法描述），温度升高时电阻率则减小。半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带(见能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成 半导体一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子- 空穴对，均能自由移动，即载流子，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子- 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。多样性物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。分类半导体的分类，按照其制造技术可以分为：集成电路器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类，一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类，虽然不常用，但还是按照IC、LSI、VLSI（超大LSI）及其规模进行分类的方法。此外，还有按照其所处理的信号，可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。编辑本段特点半导体五大特性∶掺杂性，热敏性，光敏性，负电阻率温度特性，整流特性。★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。载流子：运载电荷的粒子称为载流子。导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也随之增多（即载流子的浓度升高），导电性能增强；当温度降低，则载流子的浓度降低，导电性能变差。结论：本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性，可制作热敏和光敏器件，又造成半导体器件温度稳定性差的原因。杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体。多数载流子：P型半导体中，空穴的浓度大于自由电子的浓度，称为多数载流子，简称多子。少数载流子：P型半导体中，自由电子为少数载流子，简称少子。受主原子：杂质原子中的空位吸收电子，称受主原子。P型半导体的导电特性：它是靠空穴导电，掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能也就越强。N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，形成N型半导体。多子：N型半导体中，多子为自由电子。少子：N型半导体中，少子为空穴。施子原子：杂质原子可以提供电子，称施子原子。N型半导体的导电特性：掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能也就越强。结论：多子的浓度决定于杂质浓度。少子的浓度决定于温度。PN结的形成：将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上， PN结的形成过程在它们的交界面就形成PN结。PN结的形成过程：如图所示，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结。扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。空间电荷区：扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N区的空穴与自由电子复合，所以在交界面附近多子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动，称为空间电荷区。电场形成：空间电荷区形成内电场。空间电荷加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，阻止扩散运动的进行。漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动称漂移运动。电位差：空间电荷区具有一定的宽度，形成电位差Uho，电流为零。耗尽层：绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少，在分析PN结时常忽略载流子的作用，而只考虑离子区的电荷，称耗尽层。PN结的特点：具有单向导电性。编辑本段伏安特性曲线

宇宙起源时就只有一种颜色,原因是宇宙各部位的密度相等,没有运动存在,后来有了运动,也就产生了颜色的多元化!!!

颜色的形成简单的说就是擦与混的过程.

擦指的是通过擦的过程,给物体造成中空,也就是把物体无限薄化中空,看到的颜色与眼睛的精度有关.

混指的就是把擦好的颜色与原来的颜色相混,使颜色密度不同,使眼睛产生误差(即眼睛相消与相叠不同密度的颜色,也可以无限循环这个过程),看到的颜色也与眼睛的精度有关,

就这样可以产生人类所说的三原色,也就产生无数种颜色.眼睛精度与眼睛接受的物体哪部分颜色信息有关,也就有了色盲这种病.

颜色起源The Origins of Color

光 与 颜 色

宇宙之中只有两种东西

会发光的

不会发光的

发光物质

颜色由所发出的光决定。

不发光物质

必须外来光源的照射才有颜色。一个非发光物质的颜色取决於光源；同样的东西在不同光源照射下会显现不同颜色。

可见光—波长介於400(紫) ~ 800(红) 奈米的光。

紫外光—波长介於20 ~ 400奈米的光。

透明体—颜色由吸收后剩下来穿透的光决定。

不透明体—颜色由吸收后剩下来反射的光决定。

半透明体—颜色由吸收后剩下来穿透或反射的光决定。

原色与互补色

原色(primary color)—不能由其他原色合成。

互补色(complimentary color)—两种合起来是白色。

色轮(color wheel)—表示原色与互补色的关系。

课本说的：光的三原色是红、绿、蓝；颜料的三原色是红、黄、蓝。

光的三原色

红(R)、绿(G)、蓝(B)

加的三原色

Green + Blue = Cyan(青或蓝绿, C)

Blue + Red = Magenta(洋红或紫红, M)

Red + Green = Yellow(黄, Y)

Red + Green + Blue = White(白, W)

青、洋红、黄光称为光的三次色，三次色相加也可以形成白光 

C + M + Y = (G + B) + (B + R) + (R + G) = 2(R + G + B) = 2W

光的互补色

两色光相加组成白光则为互补色

R + C = R + (G + B) = W

G + M = G + (B + R) = W

B + Y = Y + (R + G) = W 

因此红与青、绿与洋红、蓝与黄色光为互补色光。

以上这些关系可用一个色轮来表示，互补色光在色轮上遥遥相对。

颜料的三原色

青(cyan)、洋红(magenta)、黄(yellow)

减的三原色—非发光体的颜色是由外来光源被吸收后所剩下来的光来决定，因此不能用加法混色而必须用减法混色。

 例如白光照射在某一物体后红光被吸收了，则它所反射或穿透的光剩下绿光及蓝光，进入眼睛刺激蓝、绿椎状神经，脑子把它解读为青色。

 例如白光照射在某一物体后红光被吸收了，则它所反射或穿透的光剩下绿光及蓝光，进入眼睛刺激绿、蓝椎状神经，脑子把它解读为青色。

White – Red = (R + G + B) – R

= G + B = Cyan(C,青颜料)

White – Green = (R + G + B) – G

= R + B = Magenta(M,洋红颜料)

White – Blue = (R + G + B) – B

= R + G = Yellow(Y,黄颜料)

 因此颜料的三原色是青、洋红、黄，称为减的原色，而青、洋红、黄三色有时称为负红、负绿、负蓝。

 混合青、洋红、黄三种颜料会得到黑色。

C + M + Y = W – R – G – B

= 0(Black, K, 黑色)

 红、绿、蓝称为颜色的三次色，三次色混合也会得到黑色。

W – (G + B) – (R + B) – (R + G)

= W – 2(R + G + W) = W – 2W = K

这边不会有负W的问题，因为光线被吸收完了就是黑色。

颜料的互补色

黄及蓝、洋红及绿、青及红混合也会得到黑色，因此为互补色。

例如黄及蓝混合:

W – B – (R + G) = W – W = K

四色印刷及六色印刷

彩色喷墨印表机就是利用青、洋红、黄三种染料，通常放在同一个墨水匣内，但是因为这三种染料相加只产生棕黑色，因此另外有一个独立的黑色(black, K)墨水匣，这种方法称为CMYK四色印刷。

六色印刷：在CMYK之外加上浅青色(light cyan, Lc)及浅洋红色(light magenta, Lm)。

颜色起源—物理学的

色散(dispersion)—彩虹

散射(scattering)—蓝天

干涉(interference)—肥皂泡

绕射(diffraction)—光栅

颜色起源—化学的

有机染料(organic dyes)—牛仔裤

过渡金属化合物(transition metal complexes)—铜绿

过渡金属不纯物(transition metal impurities)—红宝石

颜色中心(color centers)—石英宝石

电子跳跃(electron hoppings)—愚人金

金属与合金(metals and alloys)—黄金、红铜

纯半导体(pure semiconductors)—朱砂

Doped半导体(doped semiconductors)—钻石

颜色是物理性质吗？

色 散

色散现象

约在1666年，牛顿发现一束白光(如太阳光)通过三稜镜后会分成红橙黄绿蓝靛紫七彩。

这是因为不同颜色(即不同波长)的光在玻璃的折射率不同所致，称为色散现象。n = f()

n紫 > n靛 > n蓝 > n绿 > n黄 > n橙 > n红

折射率也因物质而异。在普通玻璃中 n(蓝) = 1.512 而 n(红) = 1.498，差异虽然只有0.014，但已足够把不同色光分开。

虹与霓

虹—两次色散及一次反射，与入射阳光成41(紫) ~ 43(红)度角，红色在上。

霓—两次色散及两次反射，与入射阳光成50(红) ~ 54(紫) 度角，红色在下。

散 射

 吸收 vs. 散射

原子或分子受到光的照射后如果能阶差与入射光能量相等，原子或分子有可能(但不必然会)吸收入射光。

如果能阶差与入射光能量不相等，原子或分子会将入射光向四面八方散射。

 

如果粒子的直径远比入射光波长大的话，所有入射光不管其波长长短，被散射的机会相同，因此散射光与入射光同色。例如雾、蒸气、细雾及空中的云。

如果粒子的直径比入射光波长小的话，被散射的机会就与其波长有关系，大致上与波长的四次方成反比。

阳光中波长短的紫光较红光容易被空气中的分子(主要是氮及氧)散射，大约是(700/400)4 = 9.4倍。例如蓝天和夕阳。

干 涉

干涉

干涉—两个或以上的波相会时引发的干扰现象。

相长干涉—合并的波振幅大於原来的波。

相消干涉—合并的波振幅小於原来的波。

著名的双狭缝实验即是一个波经过两个狭缝造成两个波的干涉现象，在狭缝之后形成明(相长干涉)暗(相消干涉)相间的条纹。

---